连铸板坯和方坯表面缺陷的分析与判定

在钢板、板卷、棒材、型钢上的裂纹和其他等缺陷，大多源于板 坯和方坯上的缺陷。大多数钢厂面临的最大挑战是缺乏如何判定、检 查这些缺陷及相应地采取何种对策。令人遗憾的是，目前很多钢厂在 遇到表面缺陷问题时所做的一些措施并不恰当，甚至没有对板坯和方 坯进行检测分析便作出相应的判定和措施。1.板坯和方坯的表面缺陷类型板坯和方坯上的所有表面缺陷几乎可以被分成五大类，并且在世 界上大多数铸机上它们的发生位置基本上也是可以预测的。基于经 验，按照发生概率的大小顺序列出了五大类缺陷，即针状气孔/疏松、 裂纹、深度振痕、不良清理、结晶器壁污染和刮伤等。依据加热炉的氧化条件，可以确定板坯和方坯表面缺陷的临界深 度，从而判定缺陷是否最终会成为板材、板卷或棒材上的轧制表面缺 陷。大部分加热炉操作会导致1%2%厚度的铸坯氧化成氧化铁皮。 如果铸坯的厚度为220mm，就意味着在加热过程中会造成2.2mm 4.4mm 的厚度损失。这个厚度损失同样会传递到表面缺陷。如果铸坯 表面缺陷的深度小于铸坯厚度的 1%2%，那么这些缺陷将在加热过 程中消除。而那些比成为氧化铁的 1%2%厚度更深的缺陷，最终会 造成轧材的表面缺陷。1）针状气孔/疏松在所有铸机上，针状气孔/疏松几乎都是常见的，也是最容易被 忽略的铸坯缺陷。如果钢中的气体得不到合理控制，就会在板坯和方 坯表面上产生针状气孔/疏松。当凝固率达到 90%而气体总压力 Ar+H2+N2+CO+CO21atm 时，针状气孔/疏松就会在板坯和方坯表面上 形成。找出表面和皮下针状气孔/疏松的形成原因并不困难。在实际 生产中，皮下通常是指表面以下10mm的深度。根据经验，针状气孔/ 疏松是影响钢板、板卷表面质量的最突出问题。举一个板坯上的针状气孔/疏松的例子,钢种是V和Nb复合微合 金化的A572Gr50结构钢，含015%C,在铸坯上角部出现针状气孔/ 疏松，导致14.3mm厚的成材的上边部出现缺陷。该板坯进行了展宽 轧制以满足板宽尺寸的需要。随着为满足轧材宽度需要而采取的轧制 方式（直轧或是展宽轧制）的变化，针状气孔/疏松的直径大小会同 成材的厚度或直径（棒材）一起决定其在钢板上的最终几何形状或特 征。2）裂纹纵裂和横裂是连续浇铸板坯和方坯的第二大常见的表面缺陷。在 炼钢控制良好的情况下，纵裂相比于横裂少见。为拉速和碳含量选择合理的结晶器保护渣是控制纵裂的关键因素。懂得结晶器保护渣重要 性的炼钢厂通常会有3种之多的保护渣，分别满足低碳钢（wCV 0.09%）,包晶钢（wCO09%0. 15%）和碳含量高的钢种（wC0.15%） 需要。令人遗憾的是，仍然有很多钢厂试图只用一种保护渣来生产全 部品种。纵裂或深或浅，通常位于铸坯的上表面或下表面。在铸坯出连铸 机时，会看到铸坯表面上呈现一道道暗线的纵裂纹。当采用直轧时， 大部分纵向裂纹会被轧平，看起来像一条类似缺陷的长缝。如果采用 了展宽轧制，纵向裂纹则表现出一定的宽度，但依然具有采用直轧时 的特点。经过展宽轧制后，类似缺陷的缝隙可能会变得不直。横裂主要产生于板坯或方坯的上表面接近边部的地方。在一些严 重的情况下，横裂还会出现在板坯和方坯的表面。由于横裂通常与铸 坯低塑性（由微合金化元素析出和温度引起）有关，低热塑性会引起 板坯和方坯在矫直过程中开裂，所以横裂多出现在铸坯的上表面。在 铸态板坯和方坯表面上的这些裂纹尺寸非常小，以致于很难用肉眼发 现。因此，火焰清理是检查这类缺陷的最好工具。不管轧制工艺如何，根据横裂纹自身的几何形状，它们轧制后形 成的缺陷形状类似于由针状气孔/疏松造成的缺陷。星形裂纹的形成主要源于结晶器污染（Cu吸附）或氧化造成的晶界脆化。在板坯和方坯上出现星形裂纹很可能意味着发生了结晶器 污染。星形裂纹曾经是连铸过程中铸坯的主要缺陷之一，然而随着技 术的发展和对这种裂纹形成机理的理解深入，到今天这些缺陷基本上 不存在了。只有那些对连铸理解有限的企业依然会遇到星形裂纹缺 陷。3）振痕所有连续浇铸的板坯和方坯表面上都会有不同程度的振痕。根据 铸机的不同，振动行程和热传输决定了振痕会有多深。一般情况振痕 都比较浅，在加热炉中会被氧化掉而不会造成质量问题。但是，有时 工艺参数会失去控制，使得振痕非常深。此外，振痕会导致横裂纹出 现而造成表面缺陷。4）不良的火焰清理火焰清理是检查和去除连铸坯表面缺陷的一个极好的方法。但 是，这项操作需要掌握一定的技巧，从而能够正确地操作而不在最终 产品上产生额外的表面缺陷。连铸坯表面上的深槽、突脊和界面必须 平滑以确保清理操作本身不造成额外表面缺陷。如果采取了正确的操 作，轧制表面通常不会产生与清理操作有关的缺陷。要确保清理操作光滑过度，应该使得清理道次宽度6倍于清理深度。如果没有采用正 确的清理操作，那么缺陷会折叠，轧制后看起来像一条很直的划伤。5）结晶器壁引起的污染、划伤和沟槽在连铸和处理板坯和方坯的过程中，可能会发生各种各样的机械 问题。但是，这些问题通常又很少发生。它们可以是结晶器壁污染， 引起星形裂纹的发生，而导致加热、轧制过程中的热脆。它们也可以 是划伤、沟槽等，如果它们足够深而不能在加热过程中被氧化掉，就 会发生轧制缺陷。2.正确检查表面缺陷的方法很多钢厂人员试图通过观察轧材表面，然后猜测造成缺陷的原因 可能是何种起始浇铸缺陷。这种检查方式是很难做到的，须具有掌握 轧制缺陷和连铸缺陷间关系的多年经验。最好的方法是对板坯和方坯 进行主动检查。实现这个检查的最成功的方法是通过对连浇期内的所 选板坯和方坯进行火焰清理。这须对火焰清理操作人员进行正确的培 训，让他们能够识别之前讨论的各种各样的缺陷。不能够给清理和检 查人员进行正确的培训是钢厂易于犯错误的地方。在大多数情况下， 上面提及的板坯缺陷趋于发生在连浇期内的某些特定铸坯上。一个浇 次的第一块和最后一块以及换钢包时涉及的炉次最后一块和第一块铸坯发生表面缺陷的可能性最大。因此，在这些铸坯上进行例行检查， 同时配合在整个浇铸期随机抽检，以最小量地检查工作完成质量控 制。对于涉及诸如拉速等连铸参数发生突然变化的板坯和方坯，要针 对性地进行检查。必须在所选板坯和方坯的上下表面都检查。当在检 查的板坯和方坯上发现某个缺陷时，必须检查该铸坯上下游的所有铸 坯，直到这种缺陷消失。不过，通过了解各种缺陷出现位置（上部或底部，边部或表面等） 的概率、各种缺陷发生的可能性及其轧制缺陷的几何形状，将有助于 确定正在检查的是何种可能缺陷。工作人员不能仅通过对各种缺陷形 成机理的理解和发生可能性来作出排除。此外，金相有助于在轧制形 成的表面缺陷和源于板坯、方坯形成的缺陷间作出判定。铸坯上的缺 陷会在缺陷周边存在再加热氧化的证据，而轧制造成的缺陷则不会有 这种特征。